(57)【要約】  本発明は、ノズルと、ノズル内の複数の通路とを備え、複数の通路が一次通路と複数の二次通路とを有する、高温プロセス環境で使用するのに適する多相射出装置に関する。通路は、それぞれのプロセス媒体を互いに異なる角度で反応器に射出するように動作可能である。
2019523707.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルと、
前記ノズル内の複数の通路と、を備え、
前記複数の通路が、
一次通路と、
少なくとも１つの二次通路と、を有する、高温射出装置。
【請求項２】
前記一次通路及び／又は前記少なくとも１つの二次通路が、液体、気体又は固体を射出するように動作可能である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記一次通路が液体、気体又は固体を射出するように動作可能であり、前記少なくとも１つの二次通路が異なる液体、気体又は固体を同時に射出するように動作可能である、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記ノズルが長手方向軸を有し、前記少なくとも１つの二次通路が、前記ノズルの長手方向軸に対してある角度で液体、気体又は固体を射出するように動作可能である、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記複数の通路が、前記一次通路の周囲に配置された複数の二次通路を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記液体、気体又は固体が、水蒸気、窒素、酸化物、酸化物媒体、触媒、触媒媒体、床媒体、砂、及び冷却剤のうちの少なくとも１つを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記複数の二次通路が、前記一次通路の周囲の一連の同心又は環状の通路として配置される、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記一次通路が、前記長手方向軸と整列された中央の通路である、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記複数の二次通路の各々が、前記一次通路に対して内向きの角度で前記液体、気体又は固体を射出するように動作可能である、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記一次通路と前記複数の二次通路のうちの少なくとも１つとが互いに分離されている、請求項５から９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記複数の第２通路のうちの第１の通路と前記複数の第２通路のうちの第２の通路とが互いに分離されている、請求項５から１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
少なくとも１つの二次通路が前記ノズルの全長のうちの一部に沿って前記一次通路又は別の二次通路に隣接し、かつ平行である、請求項５から１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記ノズルの前記材料が先進セラミックを含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記ノズルの材料が、炭化ケイ素（ＳｉＣ）及び／又はＳｉＣ系の誘導体を含む、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記装置が、還元環境及び／又は酸化環境において機能するように動作可能である、請求項１から１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
前記ノズルがノズルケース内に配置される、請求項１から１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記ノズルケースが補助機器を有する、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
気体サンプリングのための専用通路をさらに有する、請求項１から１７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
導出手段をさらに備える、請求項１から１８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
第１及び第２の通路を含み、少なくとも１つの通路が反応器に固体媒体を射出するように動作可能である、反応器での使用のための高温多相射出ノズル装置。
【請求項２１】
前記固体媒体が流体内に担持される、請求項２０に記載のノズル装置。
【請求項２２】
第１の液体、気体又は固体を移送するように動作可能な第１の通路と、
第２の液体、気体又は固体を移送するように動作可能な第２の通路と、を備え、
前記第１及び第２の通路は、前記第１及び第２の液体、気体又は固体間の熱交換を可能にするように、実質的に平行かつ互いに隣接しており、
前記第１及び第２の通路は、それぞれ第１及び第２の液体、気体又は固体を同時に所定方向に射出するように動作可能である、射出ノズル及び熱交換装置。
【請求項２３】
高温高圧下で媒体を反応器に射出する方法であって、
ノズル装置の第１の通路から第１の媒体を射出するステップと、
前記第１の通路から分離された前記ノズル装置の第２通路から第２媒体を同時に射出するステップと、を含み、
前記第１及び第２の媒体の各々は、液体、気体又は固体を含む、方法。
【請求項２４】
前記第１の媒体と前記第２の媒体とが互いに対してある角度で射出される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
射出前に、
前記第１の通路内の前記第１の媒体と前記第２の通路内の前記第２の媒体との間で熱を伝達するステップをさらに含み、前記第１及び第２の通路は、前記ノズル装置の全長の一部にわたって、互いに隣接し、かつ平行である請求項２３又は２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１の媒体の射出及び前記第２の媒体の射出が、１０００℃を超える、より好ましくは２５００℃を超える局所温度で行われる、請求項２３から２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
前記第１の媒体を前記第２の媒体で覆うステップ、又は、前記ノズル装置の外殻を冷却するステップをさらに有する、請求項２３から２６のいずらか一項に記載の方法。
【請求項２８】
３Ｄプリントを使用して請求項１から２２のいずれか一項に記載の装置を製造する、方法。
【請求項２９】
炭化ケイ素（ＳｉＣ）及び／又はＳｉＣ系の誘導体を含む材料を使用して請求項１から２２のいずれか一項に記載の装置を製造する方法。
【請求項３０】
１０００℃を超える高温環境にプロセス媒体を射出するための高温射出装置であって、
ノズルと、
前記ノズル内の複数の通路と、を備え、
前記複数の通路が、
一次通路と、
前記一次通路の周囲に配置された複数の二次通路と、を含み、
前記一次通路、及び前記複数の二次通路のうちの少なくとも１つは、前記ノズルから拡散火炎をオフセットするように、前記装置からのそれぞれのプロセス媒体を射出するように動作可能で、前記装置内で互いに隔離されている、高温射出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温プロセス環境（高温処理環境）での使用に適した多相射出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの工業化学反応は、１つ又は複数のプロセス媒体（気体、流体）を高温及び／又は高圧環境に配することを伴う。そのような反応の例は、バイオマス及び廃棄物ガス化プロセスを含む。射出（又は、inject／注入）の速度、温度などに関して制御された方法でそのようなプロセス媒体を（可燃性が高いことが多い）プロセス環境に導入するための注入システム又は装置を提供することが必要である。最適には、注入システム又は装置は、安全性を確保し、プロセスの効率と有効性を向上させ、最大化するであろう。
【０００３】
信頼性があり、効果的かつ耐久性のあるそのような注射装置又はシステムを開発することには多くの課題がある。例えば、化学プロセス中のプロセス媒体の温度を上昇させ、かつ／又は他の化学反応を引き起こすために、場合によっては酸素がプロセス容器に注入され、その結果、従来の冶金では高すぎる（例えば２５００℃超）極端な局所火炎温度をもたらす。このような高温はノズル装置用の材料を選択する際に溶融及び／又は極めて高いノズル磨耗を招く可能性があるため、これは極めて重要な懸念である。
【０００４】
セラミックライニングされたチップを使用するとノズルの寿命を延ばすことができるが、磨耗を完全に防ぐことはできない。ノズルは摩耗物のままである。すなわち、非常に高い温度勾配を受けたために劣化し、定期的に交換されなければならない。
【０００５】
従来の全セラミックノズルは、不可欠な中心的機能（例えば、以下にさらに説明される高温及び固形物への耐性）及び他の重要なサポート機能（例えば、さらに後述される安全装置の設置）を実行するのに必要な精度で構築されることができない。そのような装置はまた、従来のセラミック媒体の引張強度が低いために壊れやすく、（例えばセラミックノズルの冷却によって引き起こされる）大きな熱勾配、及び著しい圧力差が存在し、又は生じる可能性のあるプロセス環境での使用には不適切である。
【０００６】
高温化学プロセスに酸素を注入するための最も一般的な方策は通常、不活性媒体での大幅な希釈、ならびに通常は交換可能なノズル又はノズル部品（例えばノズル面）、すなわち定期的に交換されなければならない消耗品を含み、プロセスの停止時間と多大な運用コストが生じる。加えて、この「使い捨て」の性質のために、ノズルの機能性が制限され、火炎検出又はパイロットライトなどの安全対策を装置に組み込むことができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特に、従来の装置は、それらの構造がそれらの材料及び形状の両方に関して、そのような任意の固体材料によって引き起こされる摩滅レベルに耐えられないため、プロセスに同時に個体を注入するために利用され得ない。言い換えれば、注入される流体がいかなる固体も含まないことが確実にされなければならない。プロセスが何らかの気体化又は熱分解プロセスを含む場合にその可能性がある、灰がプロセス容器内に存在する場合、局所的な高温は媒体の溶融を引き起し、これは比較的低温のノズルチップと相互作用する際に最終的にはチップ自体の故障の原因となる堆積物の形成を生じさせる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、高圧又は高温で動作するプロセスへの流体、又は固体と混合された流体の導入のための手段に関する。
【０００９】
本明細書に記載の発明によれば、ノズルと、ノズル内の複数の通路とを備え、複数の通路が一次通路と少なくとも１つの二次通路とを含む高温注入（又は射出）装置が開示される。
【００１０】
好ましくは、装置は多相注入装置である。好ましくは、一次通路及び／又は少なくとも１つの二次通路は、液体、気体又は固体を注入するように動作可能である。好ましくは、一次通路は液体、気体又は固体を注入するように動作可能であり、少なくとも１つの二次通路は異なる液体、気体又は固体を同時に注入するように動作可能である。固体は他の流体中で運搬されてもよい。通路は、一般に、液体、気体及び固体の運搬のための流路、ダクト又は経路としても記載され得ることが理解されよう。
【００１１】
好ましくは、ノズルは長手方向軸を有し、同じ方向に延在する。好ましくは、各通路は実質的にノズルの長さに沿って延在する。
【００１２】
好ましくは、一次通路及び二次通路のうちの幾つか又は全ては、異なる角度で装置から液体、気体又は固体を注入するように動作可能である。好ましくは、少なくとも１つの二次通路は、ノズルの長手方向軸に対してある角度で液体、気体又は固体を注入するように動作可能である。
【００１３】
好ましくは、複数の通路は、一次通路の周囲に配置された複数の二次通路を含む。一次通路及び二次通路はそれぞれ主通路及び補助通路として記載され得ることが理解されよう。さらに、様々な通路の各々が、異なる構成において一次／主又は二次／補助として認識され得ることが理解されよう。
【００１４】
本発明の一態様では、液体、気体又は固体は、水蒸気、窒素、酸化物、酸化物媒体、触媒、触媒媒体、床媒体、砂、及び冷却剤のうちの少なくとも１つを含む。
【００１５】
好ましくは、複数の二次通路は、一次通路の周囲の一連の同心又は環状通路として配置される。
【００１６】
好ましくは、一次通路は、長手方向軸と整列された中央通路である。
【００１７】
好ましくは、複数の二次通路の各々は、一次通路に対して内向きの角度で液体、気体又は固体を注入するように動作可能である。
【００１８】
好ましくは、装置の複数の通路のうちの幾つか又は全てで運搬される媒体は、装置内で混合されない。このために、一次通路と複数の二次通路のうちの少なくとも１つとが互いに分離され、複数の二次通路のうちの第１の通路と複数の２次通路のうちの第２の通路とが互いに分離され得る。
【００１９】
好ましくは、装置は熱交換手段を含む。そのために、好ましくは、少なくとも１つの二次通路はノズルの長さの一部に沿って一次通路又は他の二次通路に隣接し、かつ平行である。
【００２０】
好ましくは、ノズルの材料は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）及び／又はＳｉＣ系バリアント（又は変種、誘導体／variant）などの先進セラミックを含む。
【００２１】
好ましくは、装置は、還元環境及び／又は酸化環境で機能するように動作可能である。
【００２２】
好ましくは、ノズルはノズルケーシング内に配置される；ノズル及び／又はノズルケーシングは補助装置を含んでもよく、又は補助装置を設置するための手段を含んでもよい。
【００２３】
好ましくは、装置は、気体サンプリングのための専用通路、及び／又は排出（又は導出）手段をさらに含む。
【００２４】
本発明の一態様によれば、第１及び第２の通路を含み、少なくとも１つの通路が反応器に固体媒体を注入するように動作可能である、反応器で使用するための高温多相注入ノズル装置が開示される。固体媒体は流体中で運搬され得る。
【００２５】
本発明の別の態様によれば、第１の液体、気体又は固体を運搬するように動作可能な第１の通路と、第２の液体、気体又は固体を運搬するように動作可能な第２の通路とを含み、第１及び第２の通路が、第１及び第２の液体、気体又は固体間の熱交換を可能にするように実質的に互いに隣接し、かつ平行であり、第１及び第２の通路が第１及び第２の液体、気体又は固体をそれぞれ同時に所定の方向に注入するように動作可能な注入ノズル及び熱交換装置が開示される。
【００２６】
本発明の一態様によれば、ノズル装置の第１の通路から第１の媒体を注入し、第１の通路から分離されたノズルの第２の通路から第２の媒体を同時に注入するステップを含み、第１及び第２の媒体のそれぞれは、液体、気体又は固体を含む、高温高圧で媒体を反応器に注入する方法が開示される。第１の媒体及び第２の媒体は、互いに対してある角度で注入され得る。
【００２７】
一態様では、方法は、注入前に第１の通路内の第１の媒体と第２の通路内の第２の媒体間で熱を伝達するステップをさらに含み、第１の媒体の注入と、第２の媒体の注入とは、ノズル装置の長さの一部で互いに隣接し、かつ平行である方法が提供され得る。第１の媒体の注入及び第２の媒体の注入は、１０００℃を超える局所温度、より好ましくは２５００℃を超える局所温度で行われ得る。方法は、第１の媒体を第２の媒体で覆うステップ、又はノズル装置の外部シェルを冷却するステップをさらに含み得る。
【００２８】
本発明の別の態様によれば、３Ｄ印プリントを使用し、かつ／又は炭化ケイ素（ＳｉＣ）及び／又はＳｉＣ系バリアントを含む材料を使用して、上記の態様及び特徴のいずれかの装置を製造する方法が開示される。
【００２９】
本明細書に記載の本発明の別の態様によれば、ノズル及びノズル内の複数の通路を含み、複数の通路が一次通路と、一次通路の周囲に配置された複数の二次通路とを含み、一次通路と複数の二次通路のうちの少なくとも１つが、装置からそれぞれのプロセス媒体を注入するように動作可能であり、ノズルからの拡散炎をオフセットするように互いに分離される、１０００℃を超える高温環境にプロセス媒体を注入するための高温注入装置が開示される。
【００３０】
好ましくは、装置は、ノズルから導出されたプロセス媒体が、例えば水蒸気／酸素比を制御するため、又は冷却又は加熱を行うための他の機能を果たすことができるという点でさらに有利である。
【００３１】
本発明がより容易に理解されるように、添付の図面と共に特定の実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１ａ】例示的なノズル示す等角図である。
【図１ｂ】図１ａの細部Ｄの拡大図である。
【図２ａ】例示的なノズル装置の正面断面図である。
【図２ｂ】図２ａの例示的なノズルの側面（長手方向）断面図（断面Ａ−Ａ）である。
【図２ｃ】図２ｂの細部Ｂの拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本構成に基づいて、１つ又は複数の流体（液体又は気体を含む）、又は固体と混合された流体を反応器などの高温及び／又は高圧環境に導入するための装置の設計が説明される。
【００３４】
この構成は、特に、空気、化学的酸素ベクトル、又は純粋な酸素の形態の酸化物を、可燃性環境を含むプロセスに導入し、それによって注入プロセスが拡散炎又は無炎燃焼の形成による自然燃焼を引き起こすためのノズル装置などの手段に関する。
【００３５】
ノズル装置は、通常、高い局所火炎温度が生じる水素又は他の同類の可燃媒体を含むプロセス環境で動作するように設計されている。ノズル装置はまた、濃密相に近い濃度で注入された流体と同時に、様々な粒度分布を有する触媒媒体などの固体をプロセス環境に注入するように動作可能である。さらに、この設計は、通常、局所ノズル界面で溶融して堆積又は閉塞を引き起こす灰又は他の同様な固体媒体を含む流れにおいてノズル装置が確実に動作することを可能にする。
【００３６】
一実施形態では、ノズル装置は、装置を通過する酸化物媒体をプロセス自体からの熱を使用してプロセス温度に近い温度まで予熱可能なため、無炎燃焼のために上記の機能の全てを達成できるように設計され、したがって、それ自体で熱交換器として機能すると共に、耐用年数を延ばすようにノズルチップ（ノズル先端）での十分な冷却を維持する。
【００３７】
上述の主要な機能に加えて、現在開示されているノズル装置は、広範な他の重要な支持機能が確実に実行されることを可能にする。ノズル装置に組み込まれるべき補助機能及び特徴の例は、測定機器、火炎検出手段、パイロットライト、及び他の安全機能又は機器を含む。
【００３８】
本構成による高温注入装置は、複数の通路が内部に形成されるノズル１００を含み得る。これらの通路は、一次通路１０と少なくとも１つの二次通路とを含む。好ましくは、少なくとも１つの二次通路は、複数の二次通路２０ａ〜２０ｄ、３０ａ〜３０ｄを含む。図１ａはそのようなノズルの一例を示す。この図は単に本発明の態様による例示的な実施形態の説明の役割を果たすものであり、本発明の明確な理解を助けるために簡略化されていることがある。
【００３９】
一実施形態では、ノズル１００は長手方向軸に沿って細長い形状であり、円形の断面を有する。好ましくは、一次通路１０は、長手方向軸に沿ってノズルの中心に配置された中央通路である。一次通路は断面が円形であってもよい。
【００４０】
好ましくは、一次通路１０及び１つ又は複数の二次通路２０ａ〜２０ｄ、３０ａ〜３０ｄの各々は、液体、気体又は固体（以下、プロセス媒体）を反応器又は他のプロセス環境に注入するように動作可能である。プロセス媒体の例は、蒸気、窒素、酸化物又は酸化物媒体、触媒又は触媒媒体、砂などの床媒体、冷却剤（１つ又は複数）、及びノズル装置がプロセス媒体を注入しているプロセス環境での（化学）反応のための任意の反応物のうちの１つ又は任意の組み合わせを含む。プロセス媒体が１つ又は複数の固体を含む場合、その固体（１つ又は複数）は流体中で運搬されてもよく、されなくてもよい。個体、又はプロセス媒体中の固体の存在は、望ましい場合もあれば、望ましくない場合もあることに留意されたい。
【００４１】
好ましくは、通路（一次通路１０及び一つ以上の二次通路２０ａ〜２０ｄ、３０ａ〜３０ｄ）は、それぞれのプロセス媒体を同時に注入するように動作可能である。
【００４２】
図１ａ、（図１ａの拡大詳細図Ｄを示す）図１ｂ及び図２ａに示される好ましい一実施形態では、ノズル１００は、一次通路１０の周囲に配置された複数の二次通路２０ａ〜２０ｄ、３０ａ〜３０ｄを含む。図示された例示的設計では、複数の二次通路２０ａ〜２０ｄは、一次通路１０の周囲の一連の同心、又は環状の通路として配置されている。
【００４３】
ある実施形態では通路の全部又は一部（通路１０、及び１つ又は複数の二次通路２０ａーｄ、３０ａーｄ）は互いに分離（隔離）され得る．例えば、図１ｂ及び２ａに示される二次通路２０ａ、２０ｂ、２０Ｃ及び２０ｄはそれぞれ互いに分離されている。それぞれの通路に存在するプロセス媒体がノズル装置内で混合するのを防ぐことによって、この設計は望ましくは同時に（又は別の方法で）ノズル装置の異なるそれぞれの通路からの異なるプロセス媒体の放出を可能にする。これは、状況に応じて複数の機能を同時に実行することを可能にする。上記の理由で互いに分離された隣接する通路は、それらの間の顕著な圧力差に耐える能力を有するように設計されている。他方では、通路の幾つかが相互接続され、他の機能上の理由から分離されないことも可能である。例えば、二次通路２０ａ及び３０ａは互いに分離されなくてもよい。
【００４４】
ノズル装置は一般に、反応器、チャンバ又は高温反応が起こる他の環境に関連して使用するのに適している。ノズル装置を介した注入プロセスは、拡散火炎の形成を介して又は無炎燃焼を介して媒体が導入される反応器又はチャンバ内での自然燃焼を引き起こすことを意図している。
【００４５】
拡散炎と共に使用される場合、ノズル装置は、（ｉ）局所噴射速度を増加させ、（ｉｉ）自己着火の条件がノズルチップからさらに離れて生じるよう、拡散された媒体の濃度分布を変えた蒸気などのベクトルを噴射して、ノズルチップ１３０から火炎フロントをオフセットするように設計される。
【００４６】
設計の一実施形態では、二次通路２０ａ〜２０ｄ、３０ａ〜３０ｄのうちの１つ又は複数は、ノズル１０又は一次通路１００の長手方向軸に対してある角度でそれぞれのプロセス媒体を注入するように動作可能である。図１ａ及び図３ｂに示されるような例示的設計では、ノズルは主部分１１０と端部分１２０とを含む。
主部分１１０の断面は実質的に円形でほぼ一定であり、一次通路１０と複数の二次通路２０ａ〜ｄ、３０ａ〜ｄとは互いに平行に、かつノズル１０の長手方向軸線と平行に延びている。複数の二次通路２０ａ〜ｄ、３０ａ〜ｄは一次通路の周囲に同心に配置されている。端部１２０は先細であり、その断面積は、ノズルチップ１３０、すなわちプロセス媒体がノズル装置を流出するノズル１０の端部に達するまで、主部分１１０から次第に（直径が）縮小する。一次通路１００は、主部分１１０と端部分１２０の両方においてノズル１０の中心長手方向軸に沿って実質的に真っ直ぐなままであるが、複数の二次通路２０ａ〜２０ｄ、３０ａ〜３０ｄは中央の一次通路に対して内向きに傾斜しており、その結果、二次通路２０ａ〜２０ｄ、３０ａ〜３０ｄのプロセス媒体は、一次通路１０のプロセス媒体の放出方向に対して内向きの角度で放出され、それらがノズルチップ１３０から物理的に離れた位置（ポイント）で合流（そして場合によっては混合）することを可能にする。このポイントとノズルチップ１３０と間の距離は、注入速度などの様々な要因に依存するであろう。
【００４７】
例えば、一次通路１０から反応器に注入されるプロセス媒体は化学プロセス用の酸化物であり、一方、二次通路２０ａ〜２０ｄ、３０ａ〜３０ｄのうちの１つ又は複数は高速で蒸気を注入する。この構成は、プロセス媒体の噴出流を加速する手段を提供し、ノズルチップ１３０からの拡散炎をオフセットするという上述の目的を達成する。有利には、これはノズル装置の温度を低減するのを助ける。
【００４８】
ノズル装置の少なくとも一部において複数の通路１０、２０ａ〜ｄ、３０ａ〜ｄが非平行方向に整列されている現在の設計は、破壊的な角度でプロセス媒体の様々な高速ジェットを拡散火炎ゾーン内に噴射することを可能にし、火炎ゾーンでの乱流を高める手段を提供する。
【００４９】
さらに、プロセス媒体の局所濃度分布を変えるための手段、例えば、一次通路から放出されるプロセス媒体を覆う手段、及び／又はプロセス媒体の一部を局所的に希釈して、上述のようにプロセス媒体の一部をオフセットするための手段をノズル装置の設計に含める可能性も本明細書に開示される。一実施例では、蒸気又は窒素による酸素の局所的希釈は、炎をオフセットする効果を有するであろう。別の実施例では、一次通路１０から噴出された酸素は、二次通路２０ａ〜２０ｄ、３０ａ〜３０ｄのうちの一部又は全部から噴出された蒸気によって覆われ得る。そのような蒸気シュラウド（覆い）は環状シュラウドであり得る。
【００５０】
図２ｃに示される特定の一実施形態では、ノズル装置は、ノズルチップ１３０に隣接する任意的なスプリッタ４０をさらに含む。この設計では、スプリッタは、通路２０ｂ、３０ｂから放出されるプロセス媒体、例えば蒸気の速度を高めるように動作可能である。これはまた、拡散炎をさらにオフセットするために、１つだけではなく２つの同心蒸気シュラウドをもたらす。スプリッタ及びその他のオプション機能は特定用途向けである場合が多く、したがって、それらに応じて例えば３Ｄプリント技術を使用して設計及び製造される。
【００５１】
本開示のノズルは、ノズルから放出されたプロセス媒体が、例えば水蒸気／酸素比を制御するため、又は冷却又は加熱を行うための他の機能を果たすことができるという点でさらに有利である。
【００５２】
無炎燃焼に利用される場合、反応器に注入されるべき１種以上の酸化物又は酸化物媒体が予熱されることが特に望ましい。そのような場合、通路１０、２０ａ〜ｄ、３０ａ〜ｄのうちの１つ又は複数を使用して高温でプロセス媒体を通過させることができ、次いでこれが酸化物を運搬する１つ又は複数の通路１０、２０ａ〜ｄ、３０ａ〜ｄに熱を伝達する。これは、酸化物を予熱するための安全かつ封じ込められた環境が可能になる。したがって、装置は酸化物媒体のための内蔵式熱交換器として作用する。この機能に関して、設計は、好ましくはノズル１００の長さのかなりの部分にわたって互いに平行で、隣接する２つ以上の通路を含む。これは、ノズルがそれぞれの通路のプロセス媒体間の熱交換器として機能することを可能にする。
【００５３】
特に、灰溶融及び他の同様の要因が広がらないことを確実にするために、ノズル１００の外殻、ケーシング又はジャケットは依然として冷却されることができる。例えば、この冷却は、幾つか通路１０、２０ａ〜ｄ、３０ａ〜ｄ、特にノズルの中心から遠くに離れた通路に冷却媒体を通すことによって行われることができる。
【００５４】
一実施形態では、ノズル装置は、排出装置手段又は排出装置機構を備え得る。例えば、ノズル内の１つ又は複数の通路は、気体又は流体の進入を可能にするために、側面に組み込みベンチュリ機構又は小さな穿孔を含み得る。これは、少量の蒸気又は窒素を利用してノズル内の通路を通して高温のプロセスガスを引き出すことを可能にする。
【００５５】
排出手段又は機構の組み込みは、３Ｄ印刷技術を使用してノズル装置を設計及び製造することによって提供され得る。
【００５６】
排出手段又は機構の組み込みは、３Ｄ印刷技術を使用してノズル装置を設計及び製造することによって提供され得る。
【００５７】
上記の機構は、低いノズル外殻の温度を維持しながら、又はノズル周囲の温度を低下させることを補助しつつ、プロセス気体を使用して酸化物の流れを加熱する手段を提供する。
【００５８】
ノズル１００の複数の通路１０、２０ａ〜ｄ、３０ａ〜ｄのうちの１つ又は複数を利用して、触媒媒体又は砂などの床媒体などの固体を注入し得る。達成される温度はバルク温度よりも大幅に高くなり得るので、これは局所的に最も効果的であり、反応の効率を改善する。加えて、還元環境で作動するように設計されているが、酸化環境にさらされることにより一定の再生を必要とする石油及び気体部門又は気体化部門（かんらん石など）で一般的に使用される種類の触媒は、ノズルチップ１３０の周囲の局所的条件が酸化条件であり、局所的な再生が可能になる、このような方法で注入され得る。これは有利に別個の再生プロセスの必要性を大幅に低減し、プロセスの経済性を向上させる。
【００５９】
ノズル装置は、ノズルがプロセス媒体を注入する反応器の外側のマニホルドに取り付けるための手段を含み得る。図１ａ及び図２ｂに示される実施形態では、この取り付け手段は、ノズルチップ１３０から離れたノズル装置から遠い側に配置されたコネクタリング１４０を備え、このリング１４０は、セラミックを金属製マニホルドに嵌合することを可能にする圧縮タイプの取り付けヘッドと共に使用される。
【００６０】
高温注入装置は、ノズルケーシングをさらに備えることができる。例えば、上記の実施形態で記載されたようなノズル１００がノズルケーシングの内部に配置され得る。ノズルがノズルケーシングから容易に取り外され得るように装置が製造され得ることが理解されよう。ノズルケーシングは、その中に補助機構及び機器を組み込むように設計され得る。これは、上述のように、高温ノズル装置の主要機能に加えて、広範な重要な支持機能が確実に実行されることを可能にする。
【００６１】
一実施例では、ノズルケーシング内に、反応器内部の視覚的観察を可能にするための石英面を有する水冷式カメラハウジングを含めることができる。別の実施例では、赤外線、火花点火源、（部分負荷動作中の安全目的のための）パイロットライトを含む安全検出装置が装置のハウジングに設置され得る。さらに別の実施例では、装置には、ＦＩＤ（火炎イオン化検出器）、ＮＤＩＲ（非分散型赤外線）、又はクロマトグラフィを含む様々な機能のための気体サンプリング取り出し用の専用通路が取り付けられ得る。この設計は、サンプルプローブが可変浸透（又は様々な浸透）で冷却することを可能にする。
【００６２】
好ましくは、高温注入装置、特にノズル１００の材料は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）などの先進セラミックを含む。現在、高度なセラミック、特にＳｉＣ又はＳｉＣ系のバリアント（又は変種）を使用して、３Ｄプリントを使用して極めて高い耐性で、上述の高温多相注入装置などの複雑な装置を、関連する望ましい品質で製造することが可能である。３Ｄプリント技術は、機能の詳細に関する最新の精度を設計及び最終製品で作成し、実現することを可能にする。例えば、３Ｄプリントは、例えばノズルに組み込まれた火炎検出機器の検出器具、例えば「アイレット」などの前述の品目を収容するのに適する任意の内部又は外部ノズル形状を構築する自由を可能にする。好ましくは、この装置は単一の鋳造品として製造され、工業系事業において特に信頼できるものとなっている。
【００６３】
さらに別の実施例では、材料としてＳｉＣを使用することによって、ＳｉＣの高い熱伝導率のために、ノズルに組み込まれた非侵襲的プローブを使用して温度測定が実行され得る。
【００６４】
現在の構成はまた、現在利用可能な注入システムを使用して従来達成することができない極めて広範囲のプロセス機能を実行するように動作可能な単一の注入装置を提示する目的で設計されている。それは、それらの性能及びそれらのプロセスの経済性を改善するために、廃棄物気体化システム及び石油化学産業における反応器などの既存の反応器システムのための改修装置として大きな可能性を有する。
【００６５】
本明細書ではさらに、高温及び／又は高圧で媒体を反応器に注入する方法を開示する。第１及び第２の媒体は、それぞれノズル装置の第１及び第２の通路から、好ましくは互いにある角度で同時に注入されることができ、第１及び第２の通路は互いに分離されている。媒体は、液体、気体、固体、又はそれらの任意の混合物であり得る。
【００６６】
本発明は上記の実施形態によって限定されるべきではなく、多くの変形形態が添付の特許請求の範囲の範囲内にあることが理解されよう。記載された様々な実施形態は、必要かつ適切ならば組み合わせられ得る。図面は、本発明の理解を助けるために、本発明の例示的説明の役割のみを果たすものである。例えば、通路の数、位置及び形状は、図示された例とは異なり得る。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【国際調査報告】
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